專利名稱：一種雙n拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)磁阻電動機(jī)，具體的說涉及一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動 機(jī)調(diào)速裝置。
背景技術(shù)：
三相開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置已相當(dāng)成熟，其產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用。該裝置3
個相繞組順序?qū)?，相位相?π/3。為了消除轉(zhuǎn)動時死角，如圖1所示，兩相鄰相繞組的導(dǎo)通 有一重疊角0，通常<formula>formula see original document page 3</formula>一相的總導(dǎo)通角為<formula>formula see original document page 3</formula>與直流或變頻調(diào)速裝置相比較，開關(guān)磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單牢靠，轉(zhuǎn)動慣量 ??；電動機(jī)中電磁轉(zhuǎn)矩大，效率高；缺點方面，除了繞組和傳感器連線比較多以外，則是電 磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生機(jī)制比較復(fù)雜，轉(zhuǎn)矩的脈動較大；在低速運(yùn)行時，失去了慣性轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償作 用，轉(zhuǎn)速有明顯的波動。開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置發(fā)展到目前，已用了兩方面措施來減小轉(zhuǎn)矩脈動一是 電動機(jī)角位移傳感器改用編碼器制作，使得換相控制更加精確，而且轉(zhuǎn)速反饋信號的響應(yīng) 更加快；二是對相繞組電流實行分相的閉環(huán)控制，減小兩相鄰相繞組同時通電時相互間影 響，控制起來也更加靈活。采用了這兩方面措施后，定/轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為12/8的三相開關(guān)磁阻電動機(jī)的最低轉(zhuǎn) 速已達(dá)10轉(zhuǎn)/分左右，而最高轉(zhuǎn)速一般仍為2000轉(zhuǎn)/分，亦即調(diào)速范圍最大為1 200。從改進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子凸極結(jié)構(gòu)著手，本公司推出了一種新的N相開關(guān)磁阻電動機(jī)， 只要兩相鄰相繞組同時適當(dāng)通電，轉(zhuǎn)子總的復(fù)位轉(zhuǎn)矩就可以近似地符合正弦波規(guī)律，幅值 基本不變，且轉(zhuǎn)子可以定位于任意的轉(zhuǎn)角。后來在建立了一種開關(guān)磁阻電動機(jī)定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本公司又陸續(xù)申請了專 利1、一種新的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置；2、一種寬范圍的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置。所用這些裝置和系統(tǒng)，都采用新的開關(guān)磁阻電動機(jī)和兩相鄰相繞組同時通電的運(yùn)
行方式，每相繞組的電氣總導(dǎo)通角為4π/3，兩相鄰相間有2π/N；的重疊角，當(dāng)N = 3時，3相的導(dǎo)
通波形如圖2所示，每相的總導(dǎo)通角和兩相鄰相間的重疊角分別為4π/3和2π/3。兩相鄰相繞組同時通電時，每相總導(dǎo)通角較大，帶來的缺點是；功率逆變電路中功 率元件和電動機(jī)相繞組的功耗較大，所以本發(fā)明對此進(jìn)行了新的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述技術(shù)問題而設(shè)計的一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)
調(diào)速裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，包括開關(guān)磁阻電動機(jī)、控制電路、編 碼器、f/v轉(zhuǎn)換電路和反饋信號合成電路。開關(guān)磁阻電動機(jī)是轉(zhuǎn)子可以定位在任意設(shè)定轉(zhuǎn) 角的電動機(jī)，電動機(jī)相數(shù)N > 2，各相的磁路獨立，可分相控制繞組中電流；電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 的脈動很小，能輸出極低的轉(zhuǎn)速；在啟動信號作用下，模擬開關(guān)把轉(zhuǎn)角給定值接通，輸出給 給定積分電路；給定積分電路的輸出和啟動信號經(jīng)過調(diào)節(jié)器一路輸出給比較電路，另一路 輸出給絕對值變換器；比較電路獲得的正/反向運(yùn)行信號和控制電路輸出同時送到轉(zhuǎn)矩給 定器上，轉(zhuǎn)矩給定器產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩量，最后作用到電動機(jī)的相繞組上，從而控制開關(guān)磁阻 電動機(jī)轉(zhuǎn)速；角位移傳感器上帶有編碼器，將角位移量編碼后分別送給轉(zhuǎn)矩給定器、f/v轉(zhuǎn) 換電路和反饋信號合成電路，反饋信號合成電路將f/v轉(zhuǎn)換電路的輸出信號和編碼器輸出 信號合成后輸出到調(diào)節(jié)器，對輸出的轉(zhuǎn)角或位移進(jìn)行閉環(huán)控制。所述一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，其電動機(jī)轉(zhuǎn)子凸極的結(jié)構(gòu)特 殊，在一個相繞組中通以電流時，轉(zhuǎn)子復(fù)位轉(zhuǎn)矩的矩角特性近似地符合正弦波規(guī)律。所述一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，其單相繞組通電和兩相鄰相繞
組同時通電交替進(jìn)行，兩種導(dǎo)通的電角度皆為<formula>formula see original document page 4</formula>，導(dǎo)通期間的電流一般恒定。假設(shè)單相通電
時產(chǎn)生幅值為Mk的轉(zhuǎn)矩，兩相鄰相同時通電時，則各產(chǎn)生幅值為<formula>formula see original document page 4</formula>的轉(zhuǎn)矩，兩相鄰相間
空間上相位相差<formula>formula see original document page 4</formula>電角度，因此總轉(zhuǎn)矩的波形和幅值與單相通電時一樣，只是相位相差<formula>formula see original document page 4</formula>N
電角度。所述一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，表示轉(zhuǎn)角間隔的脈沖列來自電 動機(jī)的角位移傳感器，當(dāng)電氣失調(diào)角等于<formula>formula see original document page 4</formula>時，單相通電的電動機(jī)獲得幅值為Mk的轉(zhuǎn)矩，
兩邊各有<formula>formula see original document page 4</formula>的單相導(dǎo)電角，每相繞組的總導(dǎo)通角為<formula>formula see original document page 4</formula>
所述一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，假定K為電動機(jī)轉(zhuǎn)矩對Mk的比 值，則K的變化范圍是<formula>formula see original document page 4</formula>在單/雙相通電交界處<formula>formula see original document page 4</formula>，此處<formula>formula see original document page 4</formula>大而增大，在N = 3、4和6時，分別等于0. 866,0. 924和0. 966。所述一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，其反饋信號是用電流傳感器測 得的電流，各相的轉(zhuǎn)矩幅值由轉(zhuǎn)矩給定器給出后，利用M/I轉(zhuǎn)換或者I/M轉(zhuǎn)換，直接或間接 構(gòu)成電流閉環(huán)。所述一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，其轉(zhuǎn)速控制采用轉(zhuǎn)矩脈動較小 的調(diào)速裝置，需要消除掉剩余的轉(zhuǎn)矩脈動時，轉(zhuǎn)矩給定器輸出的轉(zhuǎn)矩幅值給定應(yīng)先除以K， 這樣就變成一種新的寬范圍的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置。本發(fā)明的有益效果是該開關(guān)磁阻電動機(jī)伺服系統(tǒng)在低速運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速波動?。?功率逆變電路中功率元件和電動機(jī)相繞組的功耗??；其設(shè)計合理、實現(xiàn)簡單且運(yùn)行穩(wěn)定。


圖1 一般3相開關(guān)磁阻電動機(jī)繞組的導(dǎo)通波形圖。
圖2原專利兩相鄰相同時通電的3相繞組的導(dǎo)通波形圖。圖3本發(fā)明雙3拍運(yùn)行時3相繞組的導(dǎo)通波形圖。圖4本發(fā)明轉(zhuǎn)速控制的方框圖。
具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。如圖3所示為本發(fā)明雙3拍運(yùn)行時3相繞組的導(dǎo)通波形圖。如圖4所示一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，包括開關(guān)磁阻電動機(jī)、 控制電路、編碼器、f/v轉(zhuǎn)換電路和反饋信號合成電路。開關(guān)磁阻電動機(jī)是轉(zhuǎn)子可以定位在 任意設(shè)定轉(zhuǎn)角的電動機(jī)，電動機(jī)相數(shù)N > 2，各相的磁路獨立，可分相控制繞組中電流；電動 機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的脈動很小，能輸出極低的轉(zhuǎn)速；在啟動信號作用下，模擬開關(guān)把轉(zhuǎn)角給定值接 通，輸出給給定積分電路；給定積分電路的輸出和啟動信號經(jīng)過調(diào)節(jié)器一路輸出給比較電 路，另一路輸出給絕對值變換器；比較電路獲得的正/反向運(yùn)行信號和控制電路輸出同時 送到轉(zhuǎn)矩給定器上，轉(zhuǎn)矩給定器產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩量，最后作用到電動機(jī)的相繞組上，從而控 制開關(guān)磁阻電動機(jī)轉(zhuǎn)速；角位移傳感器上帶有編碼器，將角位移量編碼后分別送給轉(zhuǎn)矩給 定器、f/v轉(zhuǎn)換電路和反饋信號合成電路，反饋信號合成電路將f/v轉(zhuǎn)換電路的輸出信號和 編碼器輸出信號合成后輸出到調(diào)節(jié)器，對輸出的轉(zhuǎn)角或位移進(jìn)行閉環(huán)控制。本發(fā)明開關(guān)磁阻電動機(jī)上裝有編碼器做的角位移傳感器，電動機(jī)相數(shù)N > 2，各 相磁路獨立，可分相控制繞組中電流，轉(zhuǎn)子凸極的結(jié)構(gòu)是特殊的，在一個相繞組中通以電流 時，轉(zhuǎn)子復(fù)位轉(zhuǎn)矩的矩角特性近似地符合正弦波規(guī)律。本發(fā)明采用雙N拍運(yùn)行方式，交替地單相繞組通電和兩相鄰相繞組同時通電，導(dǎo) 通的電角度皆為g。兩種導(dǎo)通期間的電流一般恒定，假設(shè)單相通電時產(chǎn)生幅值為Mk的轉(zhuǎn)矩，
MkJ7r
兩相鄰相同時通電時，則各產(chǎn)生幅值為^7的轉(zhuǎn)矩，兩相鄰相間空間上相位相差$電角
ZCOS77N
度，因此總轉(zhuǎn)矩的波形和幅值與單相通電時一樣，只是相位相差g電角度。本發(fā)明中，表示轉(zhuǎn)角間隔的脈沖列來自電動機(jī)的角位移傳感器，各繞組周期性地
"Xjtjr
換相通電，當(dāng)電氣失調(diào)角等于y時，單相通電的電動機(jī)獲得幅值為Mk的轉(zhuǎn)矩，兩邊各有^· 的通電角。單相導(dǎo)通的角度為g，加上兩邊的兩相鄰相同時導(dǎo)電的g后，相繞組的總導(dǎo)通角
Απ λ
為卩，要比始終兩相鄰相同時導(dǎo)電時的;小7倍。 NN 4電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩存在著脈動，假定K為轉(zhuǎn)矩對Mk的比值，則K的變化范圍是 COS^ ~ 1。此處COSi隨N增大而增大，在N = 3、4和6時，分別等于0. 866,0. 924和 0. 966，可見轉(zhuǎn)矩脈動不大。本發(fā)明對繞組電流實行分相的閉環(huán)控制，反饋信號是用電流傳感器測得的電流。 各相的轉(zhuǎn)矩由轉(zhuǎn)矩幅值給定器給出后，或者先M/I轉(zhuǎn)換，直接構(gòu)成電流閉環(huán)；或者先把反饋電流信號Ι/Μ轉(zhuǎn)換，間接構(gòu)成電流閉環(huán)。所述一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，其轉(zhuǎn)速控制采用轉(zhuǎn)矩脈動較小的調(diào)速裝置，需要消除掉剩余的轉(zhuǎn)矩脈動時，轉(zhuǎn)矩給定器輸出的轉(zhuǎn)矩幅值給定應(yīng)先除以K， 這樣就變成一種新的寬范圍的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置。本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下得出的其他任何與 本發(fā)明相同或相近似的產(chǎn)品，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，包括開關(guān)磁阻電動機(jī)、控制電路、編碼器、f/v轉(zhuǎn)換電路和反饋信號合成電路；其特征在于開關(guān)磁阻電動機(jī)是轉(zhuǎn)子可以定位在任意設(shè)定轉(zhuǎn)角的電動機(jī)，電動機(jī)相數(shù)N＞2，各相的磁路獨立，可分相控制繞組中電流；電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的脈動很小，能輸出極低的轉(zhuǎn)速；在啟動信號作用下，模擬開關(guān)把轉(zhuǎn)角給定值接通，輸出給給定積分電路；給定積分電路的輸出和啟動信號經(jīng)過調(diào)節(jié)器一路輸出給比較電路，另一路輸出給絕對值變換器；比較電路獲得的正/反向運(yùn)行信號和控制電路輸出同時送到轉(zhuǎn)矩給定器上，轉(zhuǎn)矩給定器產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩量，最后作用到電動機(jī)的相繞組上，從而控制開關(guān)磁阻電動機(jī)轉(zhuǎn)速；角位移傳感器上帶有編碼器，將角位移量編碼后分別送給轉(zhuǎn)矩給定器、f/v轉(zhuǎn)換電路和反饋信號合成電路，反饋信號合成電路將f/v轉(zhuǎn)換電路的輸出信號和編碼器輸出信號合成后輸出到調(diào)節(jié)器，對輸出的轉(zhuǎn)角或位移進(jìn)行閉環(huán)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，其特征在于 電動機(jī)轉(zhuǎn)子凸極的結(jié)構(gòu)特殊，在一個相繞組中通以電流時，轉(zhuǎn)子復(fù)位轉(zhuǎn)矩的矩角特性近似 地符合正弦波規(guī)律。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，其特征在于 單相繞組通電和兩相鄰相繞組同時通電交替進(jìn)行，兩種導(dǎo)通的電角度皆為g，導(dǎo)通期間的電流一般恒定；假設(shè)單相通電時產(chǎn)生幅值為Mk的轉(zhuǎn)矩，兩相鄰相同時通電時，則各產(chǎn)生幅值MkrT77-為dl的轉(zhuǎn)矩，兩相鄰相間空間上相位相差&電角度，因此總轉(zhuǎn)矩的波形和幅值與單相 z cos UN通電時一樣，只是相位相差g電角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，其特征在于3 ·表示轉(zhuǎn)角間隔的脈沖列來自電動機(jī)的角位移傳感器，當(dāng)電氣失調(diào)角等于γ時，單相通電的JT^TT電動機(jī)獲得幅值為Mk的轉(zhuǎn)矩，兩邊各有 的單相導(dǎo)電角，每相繞組的總導(dǎo)通角為i。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，其特征在于 假定K為電動機(jī)轉(zhuǎn)矩對Mk的比值，則K的變化范圍是cos ^ ~ 1;在單/雙相通電交界處K=C0Si，此處C0Si隨N增大而增大，在N = 3、4和6時，分別等于0. 866,0. 924和 0. 966。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，其特征在于 反饋信號是用電流傳感器測得的電流，各相的轉(zhuǎn)矩幅值由轉(zhuǎn)矩給定器給出后，利用M/I轉(zhuǎn) 換或者I/M轉(zhuǎn)換，直接或間接構(gòu)成電流閉環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，其特征在于 轉(zhuǎn)速控制采用轉(zhuǎn)矩脈動較小的調(diào)速裝置，需要消除掉剩余的轉(zhuǎn)矩脈動時，轉(zhuǎn)矩給定器輸出 的轉(zhuǎn)矩幅值給定應(yīng)先除以K，這樣就變成一種新的寬范圍的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙N拍運(yùn)行的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速裝置，開關(guān)磁阻電動機(jī)的相數(shù)N＞2，轉(zhuǎn)子可以定位在任意設(shè)定轉(zhuǎn)角；在啟動信號作用下，模擬開關(guān)把轉(zhuǎn)速給定值接通，輸出給給定積分電路；給定積分電路的輸出和啟動信號經(jīng)過調(diào)節(jié)器一路輸出給比較電路，另一路輸出給絕對值變換器；比較電路獲得的正/反向運(yùn)行信號和控制電路輸出信號同時送到轉(zhuǎn)矩給定器上，轉(zhuǎn)矩給定器產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩幅值的給定值，最后作用到電動機(jī)的相繞組上；電動機(jī)上裝有編碼器做的角位移傳感器，需要時可做成寬范圍的調(diào)速裝置對輸出的轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制。該開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速波動??；功率逆變電路中功率元件和電動機(jī)相繞組的功耗??；其設(shè)計合理、實現(xiàn)簡單且運(yùn)行穩(wěn)定。
文檔編號H02P27/04GK101814879SQ200910078248
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者裘錦灼 申請人:北京中紡銳力機(jī)電有限公司